[发明专利]一种X射线衍射仪

说明书

技术领域

本发明属于X射线技术领域，特别是涉及一种能精确控制样品和探测器的X射线衍射仪。

背景技术

常见的X射线衍射仪采用常规X射线管，其靶材一般为Cr靶、Cu靶、Fe靶、Ag靶、Mo靶等，工作电压通常不超过50kV，所产生特征X射线(Kα)的波长较长，为0.07nm~0.29nm，导致X射线对样品的穿透深度较浅，约为10μm，难以获得材料内部的物相、织构和应力分布等信息。另一方面，由于特征X射线的波长长，根据布拉格公式2dsinθ=λ可知，衍射角2θ比较大，适于采用反射法进行衍射分析，故在仪器的结构设计上多采用X射线管和探测器联动的方式进行衍射谱的采集，而样品基本固定。

现有X射线衍射仪的控制系统，主要有以下几点不足：

1. 通常采用半闭环步进电机控制，精度不高；

2. 样品台的移动轴少，不利于样品测试部位的自动调整；

3. 部分控制系统的核心部件为国外进口产品，不利于后期维护。

发明内容

本发明针对上述不足，提供一种可快速、精确控制样品位置、角度并实现衍射角精确测量的X射线衍射仪。

本发明一种X射线衍射仪，包括X射线管、入射光阑、测角仪、样品台、接收光阑、X射线探测器，样品台安装于可水平旋转的测角仪的θ轴上，X射线探测器安装于可水平旋转的测角仪的2θ轴上。

本发明的X射线衍射仪，所述θ轴和2θ轴的旋转中心均为测角仪中心，其中θ轴位于内环；2θ轴位于测角仪的外环。

本发明的X射线衍射仪，所述在θ轴上安装可平动和转动的样品台。

本发明的X射线衍射仪，所述样品台由平动的X轴、Y轴和Z轴组装而成，使样品可在空间的X、Y、Z三个方向移动。

本发明的X射线衍射仪，所述θ轴上安装圆弧导轨、Z轴上安装Ψ轴以及θ轴使样品可分别绕X轴、Y轴和Z轴转动。

本发明的X射线衍射仪还包括控制系统，控制系统包括：

X射线管控制模块，控制系统指令控制X射线管的开关和电流、电压等运行参数；

样品台控制模块，控制系统指令控制样品台的平动和转动；

2θ轴运动控制模块，按控制系统指令2θ轴带动探测器(13)转动。

本发明的控制系统是一套基于轴运动控制卡的完整数控系统，主要由运动控制卡、步进电机及其驱动器等硬件和相应的控制软件组成。该系统的主要功能是实现晶体样品的运动(包括平动和转动)及衍射角2θ的精确测量。

本发明的控制系统可控制X射线管高压发生器的通断，并可对光管的运行参数进行调整。

本发明的X射线探测器安装于探测器支架上，支架与2θ轴相连，用于接收样品的衍射信号。衍射产生的光子通过数据转换器转换为数字信号传送至控制系统。

本发明提出的X射线衍射仪采用重金属靶X射线管，如W靶或U靶X射线管，工作电压为200kV~450kV，所产生特征X射线的波长小于0.03 nm，其穿透能力大大提高，可分析厘米级金属样品内部的物相、织构和应力。如W靶Kα₁射线可穿透40mm铝、4mm铁； U靶Kα₁射线可穿透约60mm铝、10mm铁。由于短波长特征X射线的波长短，衍射角较小，通常在5°~20°范围内，适于采用透射法进行衍射分析，在仪器的结构设计上与普通衍射仪有很大的不同。

本发明的X射线管可为重金属靶的X射线管，如W靶或U靶X射线管，采用透射式或反射式衍射光路测量衍射谱。本发明的X射线管也可为常规金属靶的X射线管，如Cu靶、Cr靶、Fe靶、Ag靶等X射线管，采用反射式衍射光路测量晶体样品表层的衍射谱；

本发明的优点有：

1. 可快速、精确控制样品位置和角度，快速精确控制衍射角度测量，能适应各种晶体物质微观结构的测量研究。

2. 在不更换样品的情况下，可在一台设备上采用透射式和反射式衍射光路测量衍射谱。

3. 探测器可选用点探测器、线探测器或面探测器。

附图说明

图1  X射线衍射仪结构示意图

图2  反射式衍射光路示意图

图3  透射式衍射光路示意图